面試官：Java8 JVM內存結構變了，永久代到元空間

如果在網絡上搜索JVM內存結構，90%的可能會搜到Java7及以前的內存圖，本篇文章將會對JVM內存結構再次細化，深入理解Java8之後的內部變化。

再來看一下《 JVM之內存結構詳解 》中的內存結構圖。

為了更細化的講解，我們將該圖進行進一步的優化調整。針對java7及以前版本的細化。

看出變化了嗎？堆和方法區連在了一起，但這並不能說堆和方法區是一起的，它們在邏輯上依舊是分開的。但在物理上來說，它們又是連續的一塊內存。也就是說，方法區和前面講到的Eden和老年代是連續的。

在繼續進行下去之前，我們先來理解兩個概念：規範和實現。

規範和實現

針對Java虛擬機的實現有專門的《Java虛擬機規範》，在遵守規範的前提下，不同的廠商會對虛擬機進行不同的實現。 就好比開發的過程中定義了接口，具體的接口實現大家可以根據不同的業務需求進行實現。

我們通常使用的Java SE都是由Sun JDK和OpenJDK所提供，這也是應用最廣泛的版本。而該版本使用的VM就是HotSpot VM。通常情況下，我們所講的java虛擬機指的就是HotSpot的版本。

永久代（PermGen）

上面理解了規範和實現之後，來看認識一個概念“永久代(Permanet Generation，也稱PermGen)”。對於習慣了在HotSpot虛擬機上開發、部署的程序員來說，很多都願意將方法區稱作永久代。

本質上來講兩者並不等價，僅因為Hotspot將GC分代擴展至方法區，或者說使用永久代來實現方法區。在其他虛擬機上是沒有永久代的概念的。也就是說方法區是規範，永久代是Hotspot針對該規範進行的實現。

理解上面的概念之後，我們對Java7及以前版本的堆和方法區的構造再進行一下變動。

再重複一遍就是對Java7及以前版本的Hotspot中方法區位於永久代中。同時，永久代和堆是相互隔離的，但它們使用的物理內存是連續的。

永久代的垃圾收集是和老年代捆綁在一起的，因此無論誰滿了，都會觸發永久代和老年代的垃圾收集。

但在Java7中永久代中存儲的部分數據已經開始轉移到Java Heap或Native Memory中了。比如，符號引用(Symbols)轉移到了Native Memory；字符串常量池(interned strings)轉移到了Java Heap；類的靜態變量(class statics)轉移到了Java Heap。

然後，在Java8中，時代變了，Hotspot取消了永久代。永久代真的成了永久的記憶。永久代的參數-XX:PermSize和-XX：MaxPermSize也隨之失效。

元空間(Metaspace)

對於Java8，HotSpots取消了永久代，那麼是不是就沒有方法區了呢？當然不是，方法區只是一個規範，只不過它的實現變了。

在Java8中，元空間(Metaspace)登上舞臺，方法區存在於元空間(Metaspace)。同時，元空間不再與堆連續，而且是存在於本地內存（Native memory）。

本地內存（Native memory），也稱為C-Heap，是供JVM自身進程使用的。當Java Heap空間不足時會觸發GC，但Native memory空間不夠卻不會觸發GC。

針對Java8的調整，我們再次對內存結構圖進行調整。

元空間存在於本地內存，意味著只要本地內存足夠，它不會出現像永久代中“java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space”這種錯誤。看上圖中的方法區，是不是“膨脹”了。

默認情況下元空間是可以無限使用本地內存的，但為了不讓它如此膨脹，JVM同樣提供了參數來限制它使用的使用。

• -XX:MetaspaceSize，class metadata的初始空間配額，以bytes為單位，達到該值就會觸發垃圾收集進行類型卸載，同時GC會對該值進行調整：如果釋放了大量的空間，就適當的降低該值；如果釋放了很少的空間，那麼在不超過MaxMetaspaceSize（如果設置了的話），適當的提高該值。
• -XX：MaxMetaspaceSize，可以為class metadata分配的最大空間。默認是沒有限制的。
• -XX：MinMetaspaceFreeRatio,在GC之後，最小的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減少為class metadata分配空間導致的垃圾收集。
• -XX:MaxMetaspaceFreeRatio,在GC之後，最大的Metaspace剩餘空間容量的百分比，減少為class metadata釋放空間導致的垃圾收集。

永久代為什麼被替換了

思考一下，為什麼使用元空間替換永久代？

表面上看是為了避免OOM異常。因為通常使用PermSize和MaxPermSize設置永久代的大小就決定了永久代的上限，但是不是總能知道應該設置為多大合適, 如果使用默認值很容易遇到OOM錯誤。

當使用元空間時，可以加載多少類的元數據就不再由MaxPermSize控制, 而由系統的實際可用空間來控制。

更深層的原因還是要合併HotSpot和JRockit的代碼，JRockit從來沒有所謂的永久代，也不需要開發運維人員設置永久代的大小，但是運行良好。同時也不用擔心運行性能問題了,在覆蓋到的測試中, 程序啟動和運行速度降低不超過1%，但是這點性能損失換來了更大的安全保障。

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